电容元件的特性 电感元件的特性
电容、电感的串并联等效 6.1 电容元件
电容器：在外电源作用下，正负电极上分别带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍可长久地聚集下去的电路元件，是一种储存电能的部件。
电导体由绝缘材料分开就可以产生电容。
1. 定义
电容元件：储存电能的两端元件。任何时刻其储存的电荷 q 与其两端的电压 u 能用q ～u 平面上的一条曲线来描述（右图）。
0),(=q u f
2. 线性时不变电容元件
任何时刻，电容元件极板上的电荷q 与电压
u 成正比。q u 特性曲线是过原点的直线。
q=Cu
（右图的红线为直线）
电路符号：（右图）
单位：F (法拉), 常用F ，pF 等表示。
3. 电容的电压电流关系
u 、i 取关联参考方向
t
u C t Cu t q i d d d d d d === （电容元件VCR 的微分形式）
表明：
某一时刻电容电流 i 的大小取决于电容电压 u 的变化率,而与该时刻电压 u 的大小无关。电容是动态元件；
当 u 为常数(直流)时，i =0。电容相当于开路，电容有隔断直流作用；
实际电路中通过电容的电流 i 为有限值，则电容电压 u 必定是时间的连续函数。（∞→∞→i dt
du ） ?+=??∞-+=?∞-=t t ξi C t u t t ξi t C ξi C t ξi C t u 0
d 1)0( 0d )(01d )(1d )(1)( ξξξ ?+=t t ξi C
t u t u 0d 1)0()( （1） （电容元件VCR 的积分形式） 公式表明：
某一时刻的电容电压值与-到该时刻的所有电流值有关，即电容元件有记
忆电流的作用，故称电容元件为记忆元件。
研究某一初始时刻t 0 以后的电容电压，需要知道t 0时刻开始作用的电流
i 和t 0时刻的电压 u （t 0）。
当电容的 u ，i 为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号 ;
?+-=-=t t ξi C t u t u t u C i 0)d 1)0(()( ,d d
上式中u (t0)称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。
4. 电容的功率和储能
功率：t
u C u ui p d d ?== （u 、 i 取关联参考方向） （1） 当电容充电， p >0, 电容吸收功率。
（2） 当电容放电，p <0, 电容发出功率。
它表明：电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能量储存起
来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电容元件是储能元件，它本身不消耗能量。
电容的储能：
)(21)(21)(21)ξ(21d d d 2222t Cu Cu t Cu Cu ξξu Cu W t
t C =-∞-===∞-∞-? 从t 0到 t 电容储能的变化量：)(2
1)(21022t Cu t Cu W C -= 0)(2
1)t (W 2C ≥=t Cu 公式表明：
电容的储能只与当时的电压值有关，电容电压不能跃变，反映了储能不能跃变； 电容储存的能量一定大于或等于零。
6.2 电感元件
电感线圈：把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感线圈，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种抵抗电流变化、储存磁能的部件。
1. 定义
电感元件：储存磁能的两端元件。任何时刻，其特性可用～i 平面上的一条曲线来描述。
0),(=i f ψ
2. 线性时不变电感元件
任何时刻，通过电感元件的电流 i 与其磁链
成正比。 ~
i 特性为过原点的直线。
)()(t Li t =ψ
电路符号：
单位：H (亨利)，常用H ，mH 表示。
3. 线性电感的电压、电流关系
t
t i L t t u d )(d d d )(==ψ （u 、i 取关联参考方向，电感元件VCR 的微分关系） 表明：
电感电压u 的大小取决于i 的变化率, 与 i 的大小无关，电感是动态元件； 当i 为常数(直流)时，u =0。电感相当于短路；
实际电路中电感的电压 u 为有限值，则电感电流 i 不能跃变，必定是时间的连续函数。
?+=??∞-+=?∞-=t t ξu L t i t t ξu t L ξu L t ξu L t i 0
d 1)0( 0d 01d 1 d 1)( （电感元件VCR 的积分关系） 表明：
某一时刻的电感电流值与-到该时刻的所有电流值有关，即电感元件有记忆电压的作用，电感元件也是记忆元件。
研究某一初始时刻t 0 以后的电感电流，不需要了解t 0以前的电流，只需知道t 0时刻开始作用的电压 u 和t 0时刻的电流 i （t 0）。
当电感的 u ，i 为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号 ; t
i L d d u -=，?+-=t t ξu L t i t 0)d 1)0(()(i 上式中 i (t0)称为电感电压的初始值，它反映电感初始时刻的储能状况，也称为初始状态。
4. 电感的功率和储能
功率：u 、 i 取关联参考方向 i t
i L ui p ?==d d 当电流增大，p>0, 电感吸收功率。
当电流减小，p <0, 电感发出功率。
表明：电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。
电感的储能
)(21)(21)(21)ξ(21d d d 2222t Li Li t Li Li ξξi Li W t
t L =-∞-===∞-∞-? 从t 0到 t 电感储能的变化量：)(2
1)(21022t Li t Li W L -= 0)(2
12≥=t Li W L 表明：
（1） 电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃
变。
（2） 电感储存的能量一定大于或等于零。
实际电感线圈的模型
理想（简化） 实际 高频
6.3 电容、电感元件的串联与并联
1. 电容的串联
等效电容
?∞-=t ξξi C u d )(111，?∞-=t ξξi C u d )(122
?∞-+=+=t ξξi C C u u u d )()11(2121 ?∞
-=t ξξi C d )(1
等效电容： C 2121C C C C += 串联电容的分压 ?∞-=t ξξi C u d )(111，?∞-=t ξξi C u d )(122
?∞-+=+=t ξξi C C u u u d )()11(2121 ?∞
-=t ξξi C d )(1 可见：u u C 21211C C C C u +==，u 2
1122C C C u C C u +== （与电容值成反变关系） 2. 电容的并联
等效电容
t u C i d d 11=，t
u C i d d 22= t u C C i i i d d )(2121+=+=t
u C d d = C 21C C +=
并联电容的分流
t u C i d d 11=，t
u C i d d 22= t u C C i i i d d )(2121+=+=t
u C d d = i C 11C i =，i C
C i 22= 注意：
电容特性可与电阻特性对应。串联——并联；电流——电压。
3. 电感的串联
等效电感
t i L u d d 11=，t
i L u d d 22= t
i L t i L L u u u d d d d )(2121=+=+= 21 L L L +=
串联电感的分压
u L L L u L L t i L u 2
11111d d +=== u L L L u L L t i L u 2
1222
2d d +===
4. 电感的并联 等效电感 ?∞-=t ξξu L i d )(111，?∞-=t ξξu L i d )(122
?∞
-???? ??+=+=t ξξu L L i i i d )(111121?∞-=t ξξu L d )(1 2
12111111L L L L L L L +=???? ??+=
并联电感的分流
i L ξξu t
?∞-=d )(
2
12111d )(1L L i L i L L ξξu L i t +===?∞- 2
11222d )(1
L L i L i L L ξξu L i t +===?∞- 可见：电感在不同电路中的电流-电压特性类似于电阻。
强调：
以上虽然是关于两个电容或两个电感的串联和并联等效，但其结论可以推广到 n 个电容或 n 个电感的串联和并联等效。
关于初始值问题的说明：
初始值不为零的情况，电容在串联时，可以不同，等效时，各电容初始电压值相加；并联时，则必须是相等的，也只有可能是相等的，否则，会重新分配初始值。
初始值不为零的情况，电感在并联时，可以不同，等效时，各电感初始电流值相加；串联时，则必须是相等的，也只有可能是相等的，否则，会重新分配初始值。
电路与电子技术基础复习题
一、基本概念题：
1、电路包括电源 、负载 和中间环节 三个组成部分。
2、电源或信号源的电压或电流，称为激励，它推动电路的工作；由它在电路各部分产生的电压和电流称为响应 。
3、习惯上规定 正电荷 运动的方向为电流的实际方向。
4、选定同一元件的电流参考方向与电压参考方向一致，称为关联 参考方向。 选定同一元件的电流参考方向与电压参考方向相反，称为非关联参考 方向。
5、若电阻元件的伏安特性可以用一条通过平面坐标原点的直线来表征，称为线性 电
阻元件。若电阻元件的伏安特性可以用一条通过、平面坐标原点的曲线来表征，就称为非线性电阻元件。
6、在电压和电流的关联参考方向下，欧姆定律表示为u=Ri 。
在电压和电流的非关联参考方向下，欧姆定律表示为u=-Ri 。
7、基尔霍夫电流定律(KCL)：任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零。
基尔霍夫电压定律（KVL）：任何时刻，沿任一回路各支路电压的代数和恒等于零。
8、下图所示电路中，I1=2 A，I2=3 A, I3=-2 A；I4=-3A 。